34- synthèse de l'acide benzoïque

Voir aussi synthèses 28 (hydrolyse)

et 63 (réaction de Cannizzaro)

              1/ INTRODUCTION

             L’acide benzoïque est entre autres utilisé comme agent de    préservation alimentaire.

             Attention ce composé est considéré comme nocif !

            2/ DONNEES TECHNIQUES

alcool benzylique :       

d =1.04 / t_éb = 204°C / M = 108.1 g.mol^-1

sodium hydroxyde :                                                                M = 40.0 g.mol^-1

potassium permanganate :                                                       M = 158.0 g.mol^-1        

acide chlorhydrique :   

d = 1.2 / pureté = 37% / M = 36.5 g.mol^-1

acide benzoïque :        

t_fus = 123°C / M = 122.1 g.mol^-1

3/ MODE OPERATOIRE

1/         dans un ballon tricol de 250 cm³, muni d’un réfrigérant, d’une ampoule de coulée, introduire 4 cm³ d’alcool benzylique, quelques billes de verre et 40 cm³ d’une solution à 10% en hydroxyde de sodium.

2/         porter le mélange à ébullition douce,

3/         verser en 25 minutes 195 cm³ d’une solution de permanganate de potassium à 0.30 mol.L^-1 tout en maintenant le chauffage,

4/         continuer à chauffer pendant 10 minutes,

5/         refroidir à température ambiante et filtrer avec précaution sur un entonnoir Büchner le mélange refroidi,

6/         recueillir le filtrat dans un bécher de 600 cm³, puis sous la hotte, ajouter une solution d’acide chlorhydrique concentré jusqu’à pH 1 environ,

7/         refroidir en dessous de 10°C dans un bain de glace

8/         filtrer sur büchner et rincer avec 100 cm³ d’eau glacée,

9/         essorer et sécher pendant 20 minutes à l’étuve réglée à 90°C,

10/        recristalliser le produit brut avec de l’eau déminéralisée,

11/        filtrer sur fritté et sécher à l’étuve réglée à 90°C pendant 25 minutes,

12/          réaliser la CCM de préférence sur une plaque sensible au rayonnement ultraviolet avec quatre dépôts des solutions à 1% dans l’éthanol d’alcool benzylique commercial, d’acide benzoïque commercial, du produit brut et du produit pur sec. L’éluant est un mélange cyclohexane – propanone (3/1)..

4/ BILAN EXPERIMENTAL

1/         écrire et équilibrer l’équation de cette réaction ?

2/         calculer les quantités de matière des réactifs ?

3/         calculer la masse théorique d’acide benzoïque ?

4/         mesurer la température de fusion du produit brut.

5/         calculer le rendement massique en produit pur.

6/         mesurer la température de fusion du produit pur.

7/         comment se nomme cette réaction ?

8/         pourquoi faire cette synthèse en milieu basique ?

9/         que contient le résidu solide de la première filtration ?

10/        justifier le rôle de l’acide chlorhydrique pour l’obtention du produit brut ?

11/       pourquoi laver avec de l’eau glacée ?

12/        décrire le mode opératoire de la  recristallisation ?

13/        calculer les R_f de la CCM.

                        5/      COMMENTAIRES SUR LE BILAN

1/         4 KMnO₄ (s) + 3 C₆H₅CH₂OH (l) 

-----> 4 MnO₂ (s) + 3 C₆H₅C(=O)-O ^– K⁺ (aq)

+ 4 H₂O (l) + KOH (aq).

2/         n(alcool benzylique) = 0.038 mol et n(permanganate de potassium) = 0.059 mol.

                       3/         m_th(acide benzoïque) = 4.8 g.

5/         rendement idéal en acide benzoïque = 64 à 66 %.

6/         température de fusion de l’acide benzoïque pur = 122°C.

                       7/         c’est une réaction d’oxydation.

8/         pour deux raisons : l’oxydation donne un résidu solide plus facile à éliminer et le composé organique se présente sous forme ionique d’ion benzoate soluble dans l’eau ce qui rend le milieu réactionnel homogène et améliore le rendement.

                       9/         du dioxyde de manganèse MnO₂.

10/        cette réaction se faisant en milieu basique, il est nécessaire de repasser en milieu acide pour faire cristalliser l’acide benzoïque :

C₆H₅C(=O)-O ^– K⁺ (aq)  +  H₃O⁺ Cl^- (aq)

------>  C₆H₅C(=O)-OH (s)  +  K+ Cl^- (aq) .

11/        l’eau glacée élimine les impuretés solubles dans l’eau alors que l’acide benzoïque y est faiblement soluble ; glacée pour éviter de dissoudre de faibles quantités de produit brut, car plus la température est basse, plus la solubilité est faible.

12/        un montage à reflux est nécessaire ; tout en agitant et en chauffant, le solvant de recristallisation porté à ébullition est versé par petites quantités (de l’ordre de 10 cm³) sur le produit brut jusqu’à dissolution complète. Une fois celle-ci obtenue, un choc thermique est réalisé afin de recristalliser le produit pur. Après une filtration, le produit brut est essoré puis mis à l’étuve (réglée à 90°C) pour séchage.